JVM-字节码的组成

1. 内容大纲

本章节示例代码：https://github.com/wicksonZhang/Java-Virtual-Machine/tree/main/01-chapter/src/main/java/cn/wickson/jvm/item01

本章节主要讲解的两个核心部分是：字节码的组成、字节码的常见工具 Arthas 的使用。具体内容如下：

字节码的组成

2. 如何获取字节码文件

2.1. 通过 `javac` 获取

例如我们首先将如下 java 代码通过指令 javac 编译成字节码文件，然后再通过 Notepad++ 以 16 进制格式打开源文件。

Calculator.java 源文件如下

/**
 * Java To Class
 */
public class Calculator {
    private int result;

    public Calculator() {
        this.result = 0;
    }

    public void add(int a, int b) {
        this.result = a + b;
    }

    public void subtract(int a, int b) {
        this.result = a - b;
    }

    public int getResult() {
        return this.result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Calculator calc = new Calculator();
        calc.add(5, 3);
        System.out.println("Result of addition: " + calc.getResult());

        calc.subtract(10, 4);
        System.out.println("Result of subtraction: " + calc.getResult());
    }
}

通过 javac 进行编译 Calculator.java

D:\idea-project\Java-Virtual-Machine\01-chapter\src\main\java\cn\wickson\jvm\item01>dir /a /w
...
Calculator.java

D:\idea-project\Java-Virtual-Machine\01-chapter\src\main\java\cn\wickson\jvm\item01>javac Calculator.java

D:\idea-project\Java-Virtual-Machine\01-chapter\src\main\java\cn\wickson\jvm\item01>dir /a /w
...
Calculator.class   Calculator.java

通过 Notepad++ 以 16 进制打开 Calculator.class 文件
- 具体操作信息：如何在notepad++中以16进制显示内容

2.2. 通过 `jclasslib` 获取

jclasslib：这个是 Github 上开发的一款查看字节码的插件。

GIthub：https://github.com/ingokegel/jclasslib

Idea 插件：Plugins —> Marketplace —> jclasslib

Windows 本地展示

Idea 插件展示

3. 字节码组成部分

通过上面 jclasslib 的插件信息，我们可以看到字节码信息分为如下 6 个部分：

基本信息
常量池
接口
字段
方法
属性

3.1. 基本信息

基本信息：主要包含魔数、字节码文件对应的 java 版本号、访问标识、父类和接口。

魔数：字节码文件的头 4 个字节，是一个固定的值：ca fe ba be。
主副版本号：主副版本号指的是编译字节码文件的 JDK 版本号，主要的作用是判断当前字节码的版本和运行时的 JDK 是否兼容。
- 如何使用：我们在 主副版本号 - 44 就是当前版本号。
- 对应案例：jdk版本冲突Unsupported major.minor version错误定位

3.2. 常量池

常量池：常量池是一组常量的集合，包括字面值常量、符号引用、类和接口名等。

3.3. 字段

字段表（Field Table）：描述类的字段，包括字段名称、类型、访问修饰符等。

3.4. 方法

方法表（Method Table）：描述类的方法，包括方法名称、参数列表、返回类型、访问修饰符等。

对应的 java 代码

1
2
3

public void add(int a, int b) {
    this.result = a + b;
}

对应字节码信息

字节码	指令	注释
0	aload_0	将对象引用（this）加载到操作数栈
1	iload_1	将第一个整数型本地变量加载到操作数栈，对应 int a
2	iload_2	将第二个整数型本地变量加载到操作数栈，对应 int b
3	iadd	将操作数栈顶的两个整数相加，并将结果压入操作数栈，对应 a + b
4	putfield #2	将操作数栈顶的整数值存储到Calculator类的result字段中，对应 this.result =
7	return	返回方法

3.5. 属性

属性表（Attribute Table）：包含了各种附加信息，如代码行号、异常处理器、注解等。

4. 阿里 Arthas

官网地址：https://arthas.aliyun.com

Arthas 是一款线上监控诊断产品，通过全局视角实时查看应用 load、内存、gc、线程的状态信息，并能在不修改应用代码的情况下，对业务问题进行诊断，包括查看方法调用的出入参、异常，监测方法执行耗时，类加载信息等，大大提升线上问题排查效率。

4.1. Arthas 安装&启动

下载地址：https://github.com/alibaba/arthas

本次下载的是 Windows arthas-all-3.7.2 版本

我们启动我们本次运行的程序 ArthasDemo.java

启动 Arthas , 可以看到 [6] 就是我们本次启动的程序

D:\Software\Arthas>java -jar arthas-boot.jar
[INFO] JAVA_HOME: D:\Software\Java\jre1.8.0_351
[INFO] arthas-boot version: 3.7.2
[INFO] Process 7656 already using port 3658
[INFO] Process 7656 already using port 8563
[INFO] Found existing java process, please choose one and input the serial number of the process, eg : 1. Then hit ENTER.
* [1]: 7656
  [2]: 3440 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
  [3]: 14692 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
  [4]: 7652 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
  [5]: 8696
  [6]: 10780 cn.wickson.jvm.item02.ArthasDemo